盖革(G-M)计数管

2025-03-03 16:29:22

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回答1：

盖革计数管或称盖革-缪勒计数管，简称G-M计数管。在以气体电离为基础的各类探测器中，G-M计数管历史悠久，性能突出。至今仍是放射性测量和剂量测量中常用的探测器。G-M计数管按形状有圆柱形和钟罩形；按内充气体可分为有机计数管和卤素计数管；按用途可分为γ计数管，β计数管。

(一)工作原理

圆柱状G-M计数管，中间阳极为金属细丝，以金属圆筒为阴极，如图4-2-7所示。一般是阳极和阴极都密封在玻璃管内，或者阴极以导电物质(SnCl₂)镀于玻璃管内壁。内充惰性气体，主要是氖、氩气体，以及少量猝灭气体，主要是有机气体或卤素气体。

图4-2-7 G-M计数管的结构

(a)钟罩形；(b)圆柱形

当计数管阳极和阴极之间加有电压，在雪崩放电区工作(见图4-2-1)，当射线或带电粒子入射引起电离，则电离电子在强电场中得到动能而加速移向阳极，和途中原子或分子发生碰撞时，又使原子或分子电离，如此延续增殖。这种雪崩式气体电离放大作用主要发生在电场极强的阳极附近周围。阳极收集的总电荷数为常数，与入射线能量无关。

此外，电子运动与气体分子弹性碰撞，使分子激发，退激时放出光子。这个光子与阴极和分子作用，将产生光电效应，放出的光电子又可形成新的电离增殖；而且光子可能向各个方向射出，在计数管内瞬间引起多处电离，直至覆盖整个阳极，电子很快被阳极收集。而在极短时间内，阳极周围被滞留的正离子包围，形成一个正离子鞘，使阳极附近电场减弱到不能产生新的电离增殖；一次气体电离，放大增殖过程暂时停止。此后随着正离子鞘向阴极靠近，阳极附近电子增殖区电场强度逐渐恢复。正离子在运动中也得到加速，能与阴极产生光电效应，打出电子，会连续循环放电不已。作为探测器应当是每个粒子入射只产生一次放电，输出一个脉冲信号。因此在计数管中加入少量猝灭气体，阻止正离子在阴极上打出新的光电子。

猝灭气体一般是两种：一种是有机气体，如酒精、石油、醚等；另一种是卤素气体，如溴、氯等。以充氩计数管内加入10%酒精为例说明猝灭过程：因为酒精分子的电离电位为11.3 V比氩的电离电位15.8 V要低，当氩正离子向阴极迁移过程中与酒精分子碰撞发生电荷转移，使氩离子变为氩原子，酒精分子变为正离子，多余的能量以紫外光子形式放出，被酒精分子吸收电离。经过多次碰撞，最后到达阴极的几乎全是酒精离子，而酒精离子在阴极表面拉出电子，中和后处于激发态，使酒精大分子分解，消除了氩正离子向阴极迁移，使一次放电后得以猝灭。保证了G-M计数管的正常工作。

酒精大分子的不断分解消耗，说明G-M计数管是有使用寿命的。一般有机计数管约为10⁸计数，卤素计数管因卤素有重新复合能力，寿命较长约为10¹⁰计数。

(二)G-M计数管特性

1.分辨时间

一个粒子入射G-M计数管引起放电，同时形成正离子鞘使阳极周围增殖区的电场减弱到阈值以下。这时有粒子入射，即使形成离子对，但由于电子得不到应有的能量，难有气体放大作用。随着正离子鞘向阴极迁移，阳极周围电场逐渐恢复，如图4-2-8所示，直到电子能形成雪崩放电为止，这段时间称为死时间t_D。在此时间内粒子入射不能产生脉-冲信号。在t_D之后入射粒子产生脉冲信号，由于电场强度不高，脉冲幅度较小；随着电场恢复，脉冲幅度逐渐增大，直至正离子全部被收集，脉冲信号恢复到原先幅度。这所需的时间，称恢复时间t_R。计数管的分辨时间是指计数管一次计数后恢复到能再次计数的时间间隔，它与仪器的甄别阈V_D有关。G-M计数管形状和工作电压不同，分辨时间一般为100～300μs。分辨时间过长是G-M计数管的主要缺点。

图4-2-8 G-M计数管死时间和恢复时间示意图

图4-2-9 G-M计数管的坪曲线

2.G-M计数管的坪曲线

G-M计数管两极所加电压与固定放射源计数率的关系曲线，如图4-2-9所示，称为计数管的坪曲线。曲线中部自B至C段，随着电压由V_B升至V_C计数率增加不多。因此称V_B-V_C为坪长，计数率n_B到n_C的坪斜为η：

核辐射场与放射性勘查

由于计数管内放电猝灭不完全以及杂质等造成假脉冲，随电压升高计数率增大。视工作需要，可以选择坪区较长，坪斜较小的G-M计数管(表4-2-2)。工作电压一般选在坪前1/3～1/2范围。

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